专利名称：检测移动机器人位置的装置和方法
技术领域：
本发明涉及移动机器人，尤其特别的，涉及用于检测移动机器人位置的装置和方法背景技术通常，移动机器人，特别是机器人清洁器是一种通过吸收外界物质(比如地板上的尘土等等)自动的清洁将要清洁的区域的设备，同时通过自动的沿着私人住宅的房屋的墙壁表面移动(例如起居室，内室等等)而无需用户的操作。
机器人清洁器通过距离感应器识别自身和建立在清洁区域中的障碍物之间的距离，比如家具、办公用品、墙壁等等，并基于识别的距离，选择性的驱动用于驱动自身左轮的马达和用于驱动自身右轮的马达，以便机器人清洁器自动地转换它的方向而清洁该清洁的区域。这里，机器人清洁器执行清洁，通过存储在内部存储设备中的地图信息在清洁区域中移动。
以下将描述用于产生地图信息的绘图操作。
首先，机器人清洁器沿着操作空间的侧面移动(例如私人住宅中的起居室的墙壁表面)，计算自身和安装在墙壁上的充电站之间的距离和方向，并基于计算的距离值和方向值确定它的位置，以扫描操作空间。这里，机器人清洁器通过使用安装在它的车轮上的编码器检测它的当前的位置。
机器人清洁器确定在自身和充电站之间是否具有障碍物。如果没有障碍物，则机器人清洁器发送/接收信号到/从充电站以扫描操作空间。相反，如果在机器人清洁器和充电站之间具有障碍物，则机器人清洁器首先扫描另一个操作空间，并接着，当障碍物被去除时，它发送/接收信号到/从充电站以扫描障碍物被去除的操作空间。
然而，在通过使用编码器检测机器人清洁器位置的方法中，由于使用安装在车轮上的编码器搜索机器人清洁器当前的位置，由于车轮的滑动或空转会出现错误。
根据其他现有技术的用于检测机器人清洁器位置的另一种方法是具有相同形状的粘结板或反射板在规定的间隔上被附属到操作空间(例如私人住宅起居室的墙壁表面)，并且机器人清洁器通过使用CCD照相机确认粘结板或反射板，借此补偿由于车轮滑动或空转出现的误差，从而机器人清洁器识别自身和充电站之间的距离。然而，在通过使用粘结板或反射板检测机器人清洁器位置的该方法中，当清洁区域的照明亮度被改变或具有类似于粘结板或反射板形状的物体被识别时，会累积距离误差。
此外，当照明亮度高于或低于门限时，CCD(电荷耦合器件)照相机不能确认粘结板或反射板，并因此机器人清洁器不能检测它的位置。另外，由于CCD照相机必须被附属到机器人清洁器，增加了机器人清洁器的制造成本。
按照现有技术的机器人清洁器的技术还被公开在美国专利No.5,440,216和No.5,646,494中。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于检测移动机器人位置的装置和方法，其能够精确地检测移动机器人的位置，基于确定时间间隔上发射的RF(射频)信号和超声信号振荡装置之间的距离值，通过在充电站的超声信号振荡装置振荡该超声信号之后，计算由移动机器人接收的每个超声信号的到达时间，并因此基于计算的值来检测移动机器人的位置。
为了实现根据本发明目的的这些和其他的优点，如在此所具体和概括描述的，提供了一种用于检测移动机器人位置的方法，其包括基于时间点，该时间点上从移动机器人发射的RF(射频)被发射，计算由充电站的超声信号产生装置产生的每个超声信号到达移动机器人所花费的时间，并基于计算的到达时间计算充电站和移动机器人之间的距离；和基于超声信号振荡装置之间的计算的距离值和预置的距离值计算充电站和移动机器人之间的角度。
为了实现这些和其他的优点以及根据本发明的目的，如在此所具体和概括描述的，提供了一种用于检测产生RF(射频)信号和超声信号的移动机器人位置的装置，基于产生RF信号的时间点，计算每个超声信号到达移动机器人所花费的时间，并基于到达时间和用于振荡超声信号的超声信号振荡装置之间的预置的距离值来检测移动机器人的位置。
为了实现这些和其他的优点，以及根据本发明的目的，如在此所具体和概括描述的，提供了用于检测移动机器人位置的装置，其包括RF产生装置，其安装在移动机器人上，并用于发射RF(射频)信号；RF接收装置，其安装在充电站上，并用于接收由RF产生装置发射的RF信号；超声信号振荡装置，其每个建立在充电站上，并用于振荡超声信号；控制装置，用于控制超声信号振荡装置，以便只要RF接收装置接收了RF信号就振荡超声信号；超声信号接收装置，其安装在移动机器人外部圆周表面上，并用于接收由超声信号振荡装置振荡的超声信号；以及微型计算机，其安装在移动机器人中，并基于每个超声信号到达移动机器人所花费的时间和超声信号振荡装置之间预置的距离值，用于计算移动机器人和充电站之间的距离和角度。
通过结合附图所进行的本发明的下面的描述，本发明的前述和其他的目的，特点，方面和优点将变得更加显而易见。
所包括的提供本发明进一步理解的这些附图被结合和构成说明书的一部分，本发明的示例实施例连同描述共同用作解释本发明的原理。
附图中图1是方框图，显示了根据本发明实施例的用于检测移动机器人位置的装置的结构；图2是方法流程图，用于根据本发明的实施例检测移动机器人的位置；和图3是示意图，显示了按照本发明实施例的计算移动机器人和充电站之间的距离和角度的处理过程。
具体实施例方式
下面，将结合图1-3详细描述用于检测移动机器人位置的装置和方法的优选实施例，其能够基于产生RF信号(射频信号)的时间点，通过计算由充电站的超声信号振荡装置产生的每个超声信号到达移动机器人所花费的时间来准确地检测移动机器人的位置，并基于计算的到达时间计算充电站和移动机器人之间的距离；和基于超声信号振荡装置之间的计算的距离值和预置的距离值计算充电站和移动机器人之间的角度。
图1是方框图，显示了按照本发明实施例的用于检测移动机器人位置的装置的结构。
如图所示，按照本发明实施例的用于检测移动机器人位置的装置包括RF产生装置1，其安装在移动机器人规定位置上，并用于发射RF(射频信号)信号以便在确定时间间隔上检测移动机器人的位置；RF接收装置2，其安装在充电站规定位置上，并用于接收RF产生装置1发射的RF信号，该充电站固定在一个地方上，比如私人住宅的墙壁表面；第一和第二超声信号振荡装置3、4，其每个被安装在充电站的规定位置上，并用于顺序的振荡第一和第二超声信号，用于计算在移动机器人和充电站之间的距离和角度；控制装置5，其安装在充电站规定位置上，并用于控制第一和第二超声信号振荡装置3、4，使得只要RF接收装置2接收了RF信号就连续的振荡；多个超声信号接收装置(Rx1-Rxn)，其以一定的间隔安装在移动机器人外部圆周表面上，并用于顺序的接收由第一和第二超声信号振荡装置3、4振荡的第一和第二超声信号；微型计算机6，其安装在移动机器人内部，并基于每个第一和第二超声信号的到达时间和第一和第二超声信号振荡装置3、4之间预置的距离值，用于计算移动机器人和充电站之间的距离和角度；以及存储器7，用于存储位置数，以便识别多个超声信号接收装置(Rx1-Rxn)的位置，和在第一和第二超声信号振荡装置3、4之间的预置的距离值。
下面，将描述按照本发明实施例的用于检测移动机器人位置的装置的操作。
首先，当移动机器人沿着预置的移动模式在清洁区域中移动时，微型计算机6控制RF产生装置1以便在预定时间间隔上检测移动机器人的位置。
在微型计算机6的控制下，该RF产生装置1在预定时间间隔上(例如3秒间隔)产生用于检测移动机器人位置的RF信号，并发射产生的RF信号。
定位在充电站上的RF接收装置2接收RF信号并输出用于通知RF信号已经被接收的第一通知信号到位于充电站上的控制装置5。此时，基于第一通知信号，控制装置5以预定的时间间隔控制第一和第二超声信号振荡装置3、4。
在控制装置5的控制下，第一和第二超声产生信号振荡装置3、4顺序的振荡第一和第二超声信号。这里，可以安装多个第一和第二超声信号振荡装置，而且多个第一和第二超声信号振荡装置可以被安装在充电站规定的位置上，且彼此在水平方向对称，或者可以被安装在充电站规定的位置上，且彼此垂直和水平方向对称。将充电站固定安装在私人住宅等的墙壁表面上以便给移动机器人的电池充电(未显示)。
此后，安装在移动机器人上的多个超声信号接收装置(Rx1-Rxn)接收连续振荡的第一和第二超声信号，并输出用于通知已经接收到第一和第二超声信号的第二通知信号到微型计算机6。
基于第二通知信号，微型计算机6计算每个第一和第二超声信号在由超声信号振荡装置3、4振荡之后到达一个或多个超声信号接收装置(Rx1-Rxn)所花费的时间。接着，微型计算机6基于计算的到达时间和第一和第二超声信号振荡装置3、4之间预置的距离值来计算移动机器人和充电站之间的距离和角度，从而检测移动机器人的当前位置。接着，微型计算机6基于检测的位置值补偿移动机器人的当前的位置误差。
此外，微型计算机6在多个超声信号接收装置(Rx1-Rxn)中，经预存储在存储器7中的位置数、通过识别相关的超声信号接收装置来检查已经接收了第一和第二超声信号的超声信号接收装置(例如Rx2，Rx2)的位置。就是说，微型计算机6通过已经接收了超声信号的超声信号接收装置的预定的位置数来检测移动机器人前进的方向。
例如，移动机器人的外形是圆形的，移动机器人的背面(移动机器人前进的相反方向)是零度，第一超声信号接收装置(Rx1)被安装在零度的位置上，而第二超声信号接收装置(Rx2)被安装在远离第一超声信号接收装置的30度间隔上的位置上。就是说，将第一和第二超声信号接收装置(Rx1，Rx2)相邻安装。此时，假设第一超声信号接收装置(Rx1)的位置编号是“1”，和第二超声信号接收装置(Rx2)的位置编号是“2”，当通过第一和第二超声信号接收装置(Rx1，Rx2)接收第一和第二超声信号时，由于第一和第二超声信号接收装置(Rx1，Rx2)被安装在移动机器人的外部圆周表面的背部，通过这些位置编号微型计算机5能精确的确识别移动机器人以充电站相反的方向移动。
下面，将描述计算移动机器人和充电站之间距离和角度的处理过程。
首先，基于产生RF信号的时间点(其在预定的时间间隔上产生)，在第一和第二超声信号振荡装置3，4顺序振荡之后，微型计算机6检测一个或多个超声信号接收装置(Rx1-Rxn)接收的每个第一和第二超声信号到达所花费的时间。然后，微型计算机6基于检测的到达时间计算移动机器人和充电站之间的距离。这里，第一和第二超声信号可以通过一个超声信号接收装置(例如Rx1)来接收或可以通过两个或多个超声信号接收装置(例如Rx1-Rx3)来接收。
例如，基于RF信号被产生的时间点(其在预定的时间间隔上被产生)，在第一和第二超声信号振荡装置3，4顺序振荡之后，微型计算机6检测一个或多个超声信号接收装置(Rx1-Rxn)接收的每个第一和第二超声信号到达所花费的时间。然后，微型计算机6基于检测的到达时间计算移动机器人和充电站之间的距离。就是说，当只在一个超声信号接收装置(Rx1)中检测第一和第二超声信号时，微型计算机6基于一个超声信号接收装置(Rx1)接收的每个第一和第二超声信号所花费的到达时间来计算在一个超声信号接收装置(Rx1)和充电站之间的距离值，并通过把移动机器人的半径加到计算的距离值来计算移动机器人和充电站之间的实际距离。此外，基于第一和第二超声信号的到达时间以及第一和第二超声信号振荡装置3、4之间的预置的距离值，通过三角测量计算移动机器人和充电站之间的角度。
另一方面，当在两个超声信号接收装置(例如Rx1，Rx2)中检测到第一和第二超声信号时，微型计算机6基于每个第一和第二超声信号的到达时间来计算移动机器人和充电站之间的距离。然后，微型计算机6基于每个获得的距离值以及在第一和第二超声信号振荡装置3、4之间的预置的距离值通过三角测量来计算移动机器人和充电站之间的角度。
这里，微型计算机6通过下式1检测超声信号接收装置和超声信号振荡装置之间的距离。
S＝340[米/秒]×(T1-T2)-------------------------式1这里，340[米/秒]是声速，T1是接收超声信号花费的时间，而T2是在接收RF信号之后振荡超声信号所用的时间。
下面，将结合参考图2和图3详细描述按照本发明实施例的用于检测移动机器人位置的装置的操作。
图2是显示了按照本发明实施例的用于检测移动机器人位置的方法的流程图。
图3是示意图，显示了按照本发明的用于计算移动机器人和充电站之间距离和角度的处理过程。
首先，当经过预定的时间后(S1)，RF产生装置1产生RF信号(S2)。只要经过预定的时间就产生该RF信号。
基于产生RF信号的时间点，安装在充电站上的每个第一和第二超声信号振荡装置3、4顺序的振荡第一和第二超声信号(S3)。这里，第一超声信号早于第二超声信号振荡。因而，在第一超声信号振荡之后，在经过预定的时间后，当检测到振荡的第二超声信号实际到达时间时，微型计算机6通过从包括预定的时间的第二超声信号的到达时间中减去预定的时间来检测第二超声信号的实际到达时间。
此后，微型计算机6检测由一个或多个超声信号接收装置接收的每个第一和第二超声信号所花费的时间(到达时间)，并然后基于检测的到达时间和在第一和第二超声信号振荡装置3、4之间预置的距离值来计算移动机器人和充电站之间的距离和角度。这里，根据移动机器人的位置，该第一和第二超声信号可以通过一个或两个或更多的超声信号接收装置来接收。
此后，将顺序地描述当通过一个超声信号接收装置(例如Rx1)和通过两个或多个超声信号接收装置(例如Rx1-Rx3)接收第一和第二超声信号时用于检测移动机器人位置的处理过程。
首先，微型计算机6确定两个或多个超声信号接收装置是否接收第一和第二超声信号(S4)。例如，当只在一个超声信号接收装置(Rx1)中检测第一和第二超声信号时，微型计算机6基于检测的第一和第二超声信号的到达时间计算在超声信号接收装置(Rx1)和充电站之间的距离值。例如，微型计算机6计算第一超声信号的到达时间(S5)并计算超声接收装置(Rx1)和每个第一和第二超声信号振荡装置3、4之间的距离(S6)。
此外，通过把移动机器人的半径加到超声信号接收装置(Rx1)和充电站之间的距离值中，微型计算机6计算移动机器人和充电站之间的实际距离(S7)。这里，基于超声信号接收装置(Rx1)和充电站的第一超声信号振荡装置3之间的距离值、超声信号接收装置(Rx1)和第二超声信号振荡装置4之间的距离值、以及第一和第二超声信号振荡装置之间的预置的距离值，通过三角测量来计算移动机器人和充电站之间的角度(S8)。
当通过两个或多个超声信号接收装置(例如Rx1-Rx3)接收第一和第二超声信号时，微型计算机6计算两个或多个超声信号接收装置(Rx1-Rx3)接收的第一和第二超声信号的到达时间。为了减少微型计算机6的计算量，微型计算机6在计算的到达时间之中，选择最快的已经接收了超声信号到达时间的两个超声信号接收装置(例如Rx1和Rx2)(S10)，并基于由两个选择的超声信号接收装置接收的第一和第二超声信号的到达时间来计算充电站和每个选择的超声信号接收装置之间的距离值(S11)。
此外，通过把移动机器人的半径加到充电站和每个两个选择的超声信号接收装置(例如Rx1和Rx2)之间的距离值中，微型计算机计算移动机器人和充电站之间的实际距离值(S12)。
此后，基于充电站和两个选择的超声接收装置(例如Rx1和Rx2)之间的实际距离值，以及第一和第二超声信号振荡装置3、4之间的预置的距离值，通过三角测量来计算移动机器人(例如，Rx1和Rx2)和充电站之间的角度(S13)。
此外，微型计算机6通过已经接收了第一和第二超声信号的两个超声信号接收装置的位置编号来检测移动机器人前进的方向，以检查移动机器人的当前位置，并基于检查的位置补偿移动机器人的位置误差。
只要经过预定的时间(S1)，就重复执行检测移动机器人位置的处理过程(S2-S13)。
如上所述，按照本发明的检测移动机器人位置的装置和方法能来精确地检测移动机器人的位置，其基于从移动机器人发射的RF(射频)信号的时间点，通过计算充电站的超声信号振荡装置产生的每个超声信号到达移动机器人所用的时间；基于计算的到达时间计算充电站和移动机器人之间的距离；以及基于计算的距离值和超声信号振荡装置之间预置的距离值计算充电站和移动机器人之间的角度。
此外，按照本发明的用于检测移动机器人的装置和方法不用昂贵的CCD照相机就可以精确的检测移动机器人的当前位置，从而减少了移动机器人的制造成本。
在不脱离本发明的精神和实质特征的情况下本发明可以以各种形式被实施，此外还应该理解，上述的实施例不限于前述的任何细节，除非其他规定，否则将被认为是所附权利要求定义的精神和范围内的更广义的结构，因此，所有落入权利要求边界或范围中的改变和修改，或这些边界和范围的等效物将被所附权利要求所包围。
权利要求
1.一种检测移动机器人位置的方法，其包括基于从移动机器人发射的射频(RF)被发射的时间点，计算充电站的超声信号产生装置所产生的每个超声信号到达移动机器人所用的时间，并基于计算的到达时间计算充电站和移动机器人之间的距离；和基于计算的距离值和超声信号振荡装置之间的预置的距离值来计算充电站和移动机器人之间的角度。
2.如权利要求1所述的方法，其中充电站和移动机器人之间的角度是基于计算的距离值和超声信号振荡装置之间的预置的距离值通过三角测量来计算的。
3.如权利要求1所述的方法，其中该RF信号在预定时间间隔上被发射。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括预存储用于识别接收超声信号的至少一个超声装置位置的位置编号，以便检测移动机器人前进的方向。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括将移动机器人的半径加到充电站和移动机器人之间的距离值中。
6.如权利要求1所述的方法，其中在充电站和移动机器人之间的距离值将通过表达式S＝340[米/秒]×(T1-T2)来检测，其中340[米/秒]是声速，T1是接收超声信号所用的时间，以及T2是在接收RF信号之后振荡超声信号所用的时间。
7.一种用于检测产生RF(射频)信号和超声信号的移动机器人位置的装置，其基于产生RF信号的时间点来计算每个超声信号到达移动机器人所用的时间，并基于到达时间和用于振荡超声信号的超声信号振荡装置之间的预置的距离值来检测移动机器人的位置。
8.一种检测移动机器人位置的装置，其包括RF产生装置，其安装在移动机器人上，并用于发射RF(射频)信号；RF接收装置，其安装在充电站上，并用于接收由RF产生装置发射的RF信号；超声信号振荡装置，其每个安装在充电站上，并用于振荡超声信号；控制装置，其用于控制超声信号振荡装置以便只要RF接收装置接收了RF信号就振荡超声信号；超声信号接收装置，其安装在移动机器人的外部圆周表面上，并用于接收由超声信号振荡装置振荡的超声信号；以及微型计算机，其安装在移动机器人中，并基于每个超声信号到达移动机器人所花费的时间和超声信号振荡装置之间预置的距离值，用于计算移动机器人和充电站之间的距离和角度。
9.如权利要求8所述的装置，其中微型计算机基于计算的距离值和角度值通过检查移动机器人的位置来补偿移动机器人的位置误差。
10.如权利要求8所述的装置，其中在充电站的水平方向上彼此对称地安装超声信号振荡装置。
11.如权利要求8所述的装置，其中在充电站上的垂直和水平方向上彼此对称地安装超声信号振荡装置。
12.如权利要求8所述的装置，其中微型计算机基于以预定时间间隔产生RF信号的时间点，在超声信号由超声信号振荡装置振荡之后，检测由一个或多个超声信号接收装置所接收的每个超声信号所用的到达时间；基于检测的到达时间计算移动机器人和充电站之间的距离；以及基于检测的到达时间和超声信号振荡装置之间预置的距离值通过三角测量来计算移动机器人和充电站之间的角度。
13.如权利要求8所述的装置，其中微型计算机进一步包括存储装置，用于存储用于识别超声信号接收装置位置的位置编号，并通过已经接收了超声信号的超声信号接收装置的位置标号来检测移动机器人前进的方向。
14.如权利要求8所述的装置，其中当由两个或多个超声接收装置接收超声信号时，微型计算机计算两个或多个超声信号接收装置接收的每个超声信号到达所用的时间；在计算的到达时间值中选择到达时间最快的已经接收了超声信号的两个超声信号接收装置；并基于已经由两个选择的超声信号接收装置所接收的超声信号的到达时间来计算移动机器人和充电站之间的距离。
15.如权利要求8所述的装置，其中微型计算机通过表达式S＝340[米/秒]×(T1-T2)来检测充电站和移动机器人之间的距离值，其中340[米/秒]是声速，T1是接收超声信号所用的时间，和T2是在接收RF信号之后振荡超声信号所用的时间。
全文摘要
一种按照本发明的用于检测移动机器人的位置的装置和方法，其能基于产生移动机器人发射的RF(射频)信号的时间点、通过计算充电站的超声信号振荡装置产生的每个超声信号到达移动机器人所用的时间，基于计算的到达时间计算充电站和移动机器人之间的距离，并基于计算的距离值和超声信号振荡装置之间预置的距离值来计算充电站和移动机器人之间的角度来精确地检测移动机器人位置。
文档编号G05D1/02GK1637432SQ20041003532
公开日2005年7月13日 申请日期2004年4月22日 优先权日2003年12月22日
发明者金世玩 申请人:Lg电子株式会社